Prawie wszystko o wykorzystaniu tętna w monitoringu intensywności wysiłku.

Jednym z podstawowych wskaźników używanych przed zarówno amatorsko trenujące osoby jak i wyczynowców jest tętno. Właściwie zgodnie ze sztuką należało by pisać o częstości skurczów serca (HR) gdyż tętno jest tylko sprężystą falą rozchodzącą się w tętnicach, którą to również wykorzystujemy do określania HR. U osób zdrowych tętno jest równe częstości skurczów serca i dla potrzeb tego artykułu będę pisać dalej o tętnie w rozumieniu skurczu serca.

Podłoże fizjologiczne

Przyjęto, że tętno koreluje z intensywnością wysiłku fizycznego i jest to w zasadzie prawdą. Faktycznie u osoby trenującej, zwłaszcza wytrzymałościowo narastanie minutowego poboru tlenu (miara zużycia energii dostarczanej w procesach tlenowych) jest ściśle skorelowane ze wzrostem HR co dobrze widać na przykładowym wykresie z badania wydolnościowego (wykres 1).

Wykres 1. Przebieg HR (czerwona linia) i poboru tlenu (niebieska linia) względem narastania obciążenia (zielone schodki, km/h) u dobrze wytrenowanego zawodnika.

Niemniej jednak reakcje tętna na wysiłek mogą być odmienne od typowo liniowej zależności tętno/obciążenie (moc/prędkość biegu). W badaniach prowadzonych przez Birnbaumer i wsp. 2020 w ramach projektu” HEALTHeBIKES” sprawdzono 3 tyś testów wysiłkowych i określono trzy różne reakcje tętna na wysiłek (wykres 2).

Wykres 2. Schematyczny 3-fazowy model HRPC (krzywej tętna) podczas stopniowanego wysiłku na cykloergometrze z regularnym obniżeniem, liniowym przebiegiem w czasie i wzrostem. Źródło: Birnbaumer P, Traninger H, Borenich A, Falgenhauer M, Modre-Osprian R, Harpf H, Hofmann P. Heart Rate Performance Curve Is Dependent on Age, Sex, and Performance. Front Public Health. 2020 Apr 2;8:98.

Okazało się, że nieregularne narastanie HR występowało u niemal 30-40% osób a ich występowanie nasilało się wraz z wiekiem i gorszą sprawnością krążeniowo oddechowa. Typ reakcji zależy również od płci co potwierdziły ostatnie badania Birnbaumera (2023). Mechanizmy które leżą u podstaw tych zmian są najpewniej zależne od różnej wrażliwości ß1-adrenoceptorów, które odpowiadają m.in. za pobudliwość serca. U osób trenujących oraz u kobiet obserwuje się większą wrażliwość receptorów na produkowane podczas wysiłku katecholaminy co częściej prowadzi do reakcji typu „upward”. Wraz z wiekiem z kolei zmniejsza się wrażliwość tych receptorów.

Znaczenie odpowiedniego dostosowania intensywności treningu

Zakładając jednak, że mamy względnie liniową zależność HR/obciążenie obserwujemy osobniczo zmienne tempo narastania HR. Zmiany w reakcji na wysiłek mogą zależeć od ciśnienia krwi czy też „sprawności serca”, czyli tego jak pod wpływem narastania ciśnienia zmienia się frakcja wyrzutowa. Osoby z mniej wytrenowanym sercem będą miały wcześniejszą stabilizacje lub mniejsze narastanie objętości wyrzutowej serca przez co częstość skurczów serca będzie niewspółmiernie wyższa w relacji do obciążenia niż u osoby o lepszym wytrenowaniu tego narządu. Nie zmienia to faktu, że metabolicznie mięśnie mogą pracować na podobnym poziomie u osób, które mają zupełnie inny poziom HR przy np. tej samej prędkości biegu. To częste zjawisko i nie raz słyszymy, że biegając z kolegą on ma dużo niższe HR niż ja, ale biega nam się podobnie. Inny przykład: „jak chcę wejść na ten poziom HR podczas biegu co moja partnerka to bardzo szybko się męczę i nie jestem w stanie utrzymać takiego poziomu HR dłużej. Te różnice dobrze można zobrazować porównując dwie osoby o bardzo podobnym poziomie prędkości biegu w badaniu wydolnościowym, ale zupełnie różnej wartości HR dla poszczególnych etapów badania, w tym szczególnie dla progów metabolicznych (wykres 3)

Wykres 3. Dwa modele reakcji HR na wysiłek, u góry reakcja bardziej stabilna, stopniowe narastanie, u dołu szybsze narastanie HR.

Analizując wykres 2, warto zwrócić uwagę na znacznie różne wartości procentowe HR na progu AT i RCP. Wynika to z faktu, że osoba z wyższą reakcją tętna ma mniejszą wysiłkową rezerwę HR przez co procentowe wartości w momentach progowych (zmianach metabolizmu mięśniowego) są na wyższym poziomie. Szczególnie w tym zakresie warto dostosować trening do faktycznych możliwości organizmu i jeśli chcemy wykorzystywać HR do nadawania intensywności w treningu to warto ustalić zakresy stref tętna bezpośredni w badaniu wydolnościowym.

W badaniach własnych zaobserwowaliśmy znaczne różnice w relacjach %HRmax na progach metabolicznych. W szczególności na I progu rozdzielającym zakres tlenowy od mieszanego widoczne są duże rozbieżności mieszczące się w przedziale 70-90%HRmax (Wykres 4).

Wykres 4. Różnice w % wartościach HRmax dla progu AT i RCP na podstawie badań własnych w populacji ponad 5 tyś aktywnych osób wykonujących badania w Sportslab. Źródło: Wiecha S, Kasiak PS, Szwed P, Kowalski T, Cieśliński I, Postuła M, Klusiewicz A. VO2maxprediction based on submaximal cardiorespiratory relationships and body composition in male runners and cyclists: a population study. Elife. 2023 May 10;12:e86291.

Skuteczność różnych modeli treningowych w poprawie wydolności

Podobne rozbieżności obserwowano w innych badaniach jak już wspomniane Birnbaumera gdzie %HRmax przy II progu metabolicznym wynosił od 70% do 95%, a znaczna liczba nieregularnych krzywych wykazywała %HRmax większy niż 90%, podczas gdy w przypadku regularnych krzywych HRPC zakres %HRmax był mniejszy, ale ze średnio wyższą wartością, mianowicie od 85% do 98%.

Spotykamy również w literaturze wyznaczanie zakresów w inny sposób tj. na podstawie procentowych wartości w relacji do HRmax czy w relacji do %VO2max. Tak jest to często robione z automatu w różnych programach treningowych czy co gorsza, w tych do opracowywania wyników z ergospirometrii. Zwłaszcza w tym drugim przypadku jest to droga na skróty i nakładanie algorytmu do wyznaczenia stref tętna na dane pochodzące z analizatora. Dobrze obrazują to badania naszego zespołu gdzie widać jak potrafią być rozproszone zależności pomiędzy poborem tlenu (%VO2max) a wartością tętna (%HRmax) (wykres 5). Ich korelacja jest umiarkowana dla I progu metabolicznego i zdecydowanie niższa dla II progu metabolicznego. Podobnie jak z %HRmax tak i tu dobrze widać, że przyjmowanie stałych przedziałów procentowych względem poboru tlenu nie pokrywa się zbytnio z faktycznymi zmianami metabolizmu.

Wykres 5. Zależności pomiędzy poborem tlenu (%VO2max) a wartością tętna (%HRmax) dla progu AT i RCP. Źródło: VO2maxprediction based on submaximal cardiorespiratory relationships and body composition in male runners and cyclists: a population study. Elife. 2023 May 10;12:e86291

Niedopasowanie zakresów treningowych i/lub stref tętna do faktycznych zmian metabolizmu daje zdecydowanie gorsze rezultaty treningowe co zostało dobrze udokumentowane w badaniach Wolpern i wsp. 2015. Badacze porównali jak dwa modele (jeden oparty o progowe dostosowanie intensywności treningu: ACE-3ZM i drugi w postaci % doboru intensywności w relacji do rezerwy tętna: HRR) wpływają na poprawę sprawności krążeniowo oddechowej. Okazało się, że po 12 tygodniach treningów w obu grupach odnotowano istotną poprawę wydolności, ale co ważne w grupie ACE-3ZM przyrost był istotnie większy w porównaniu do grupy trenującej na %HRR (HRR (1.76 ± 1.93mL/kg/min) i ACE-3ZM (3.93 ± 0.96mL/kg/min). Również i to warto podkreślić, wszystkie osoby z grupy trenującej w relacji do progów metabolicznych odpowiedziały zmianą VO2max a dla grupy HRR jedynie 41,7% osób poprawiło wydolność. To dobitnie pokazuje, że dla poprawy wydolności i stymulacji organizmu niezwykle istotne jest dobranie odpowiedniej intensywności, co możliwe jest tylko poprzez wyznaczenie indywidualnych zakresów treningu. Bazowanie na z góry narzuconych procentowych zakresach ma zdecydowanie mniejszą efektywność. Wnioski sugerują, że model oparty na progach wentylacyjnych prowadzi do większych i bardziej spójnych popraw w VO2max, co może być kluczowe dla tworzenia spersonalizowanych programów treningowych. Dalsze badania w tym zakresie porównujące preskrypcję treningu na podstawie %VO2max i w relacji do progów metabolicznych również potwierdziły większą skuteczność indywidualnego dopasowania intensywności do metabolizmu. W badaniach Meyles i wsp. (2023) u osób u których trening był oparty o progowe wartości mocy obserwowano mniejsze zróżnicowanie w poziomie stężenia mleczanów i tętna niż w przypadku preskrypcji intensywności na podstawie % poboru tlenu.

Indywidulane dostosowanie intensywności w oparciu o funkcjonalne możliwości (progi metaboliczne) ma też lepsze przełożenie dla poprawy metabolizmu i zmiany proporcji ciała co jest szczególnie ważne w aspekcie treningu u osób z nadwagą. W badaniu Kirton i wsp. 2022, określono, że indywidualne przepisywanie ćwiczeń na podstawie progów wentylacyjnych jest bardziej skuteczne w poprawie wskaźnika Fitness-Fatness niż programy oparte na rezerwie tętna u osób prowadzących siedzący tryb życia.

Kluczowe wnioski dotyczące monitorowania intensywności wysiłku

Podsumowując, dostosowanie intensywności treningu jest niezwykle istotnym z uwagi na odpowiednie pobudzanie organizmu i następujące po tym zmiany adaptacyjne. Dobieranie intensywności na podstawie zarówno % HRmax jak i % HRR (różnicy pomiędzy spoczynkiem a HRmax) ma bardzo duże ograniczenia. Podobnie mając do dyspozycji faktyczne zmiany metabolizmu na podstawie zmian oddechowych i stężenia mleczanów, automatyczne wyznaczenie zakresów na podstawie %VO2max ma niższą skuteczność tego typu treningu. Zgodnie z tym złotym standardem jeśli zależy nam na poprawie wydolności powinniśmy dostosować zakresy w oparciu o bezpośrednio określone progi metaboliczne (badanie wydolności), co jak wiadomo robimy w Sportslab od ponad 15 lat….miałem nosa tak to kiedyś wymyślając 😊😊😊.

 

Autorem tekstu jest: dr hab. Szczepan Wiecha, fizjolog sportowy.

 

Literatura:

Birnbaumer P, Traninger H, Borenich A, Falgenhauer M, Modre-Osprian R, Harpf H, Hofmann P. Heart Rate Performance Curve Is Dependent on Age, Sex, and Performance. Front Public Health. 2020 Apr 2;8:98.

Birnbaumer P, Dostal T, Cipryan L, Hofmann P. Pattern of the heart rate performance curve in maximal graded treadmill running from 1100 healthy 18-65 Years old men and women: the 4HAIE study. Front Physiol. 2023 May 30;14:1178913. doi: 10.3389/fphys.2023.1178913.

Wolpern AE, Burgos DJ, Janot JM, Dalleck LC. Is a threshold-based model a superior method to the relative percent concept for establishing individual exercise intensity? a randomized controlled trial. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2015 Jul 4;7:16.

Kirton MJ, Burnley MT, Ramos JS, Weatherwax R, Dalleck LC. The Effects of Standardised versus Individualised Aerobic Exercise Prescription on Fitness-Fatness Index in Sedentary Adults: A Randomised Controlled Trial. J Sports Sci Med. 2022 Sep 1;21(3):347-355. doi: 10.52082/jssm.2022.347.

Wiecha S, Kasiak PS, Szwed P, Kowalski T, Cieśliński I, Postuła M, Klusiewicz A. VO2maxprediction based on submaximal cardiorespiratory relationships and body composition in male runners and cyclists: a population study. Elife. 2023 May 10;12:e86291.